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電動機的控制與變頻調速原理

圖文 更新时间:2024-12-22 15:14:43
三相異步電動機的調速方法

三相異步電動機調速方法有多種,其中主要有變極調速、變滑差調速和變頻調速。變滑差調速包括串級調速、降壓調速和繞線式異步電動機串電阻調速。

變極調速是指改變繞組的連接方式,從而改變電動機的極數,從而保證三相異步電動機的轉速能夠改變。同時,變極調速是一種步進調速。調速方式有三種:y-yy、d-yy、順序y-逆y,y-yy調速為恒轉矩調速,其餘兩種調速為恒功率調速。在調整換極速度時,應調整兩相接線,以确保速度調整後不會偏離電機的方向。

目前,變頻調速是我國大力提倡的主要調節技術。它能使高速達到無級高速的目的,同時能與恒轉矩和恒功率負載相協調。

與其它方法相比,三相異步繞線轉子電動機的調速方法簡單,易于實現。但在調速過程中,并非一帆風順,存在着不同程度的問題。低速時穩定性差,特性不明顯。同時,轉子銅耗量很大,降低了電機運行效率。級聯高速方式改善了這一缺陷,但其設備比前者複雜。

三相異步電動機的調速特性适用于風機類場合,或滑轉率較高的機械中。同時,在傳動中要保證具有反饋效果的控制系統。

變頻器是将電壓和固定頻率轉換為可變電壓和頻率。為了實現電機上電壓和頻率的相互轉換,首先要将電壓的交流電轉換成直流電。這個機械過程叫做矯正。把直流電轉換成交流電的過程稱為逆變器,把直流電轉換成交流電的機器稱為逆變器。逆變器的頻率和電壓可以重新調整,稱為逆變器。變頻器輸出的波形與正弦波相似。其主要目的是調節三相異步電動機的轉速,所以也可以稱之為高速裝置。

電動機的控制與變頻調速原理(電動機的調速除了變極調速)1

(一)液力偶合器調速方法

液力偶合器是一種液壓傳動裝置,一般由泵輪和水輪機組成。它們統稱為工作輪,置于密封殼中。殼内充滿一定量的工作液。當泵輪由原動機驅動旋轉時,其中的液體由葉片驅動旋轉。當它在離心力作用下沿泵輪外圈進入渦輪時,渦輪葉片向同一方向推動,帶動生産機械。液力偶合器的功率傳遞能力與殼體的相對填充量一緻。在工作過程中,改變充液量可以改變車鈎渦輪轉速,實現無級調速。該方法适用于風機、泵的調速。

其特點如下:

(1)結構簡單,工作可靠,使用維護方便,成本低;

(2)控制調節方便,易于實現自動控制。

(3)功率适應範圍廣,能滿足幾十千瓦到幾千千瓦不同功率的需要;

(4)體積小、容量大;

(二) 電磁調速電動機的調速方法

電磁調速電機由籠型電機、電磁滑動離合器和直流勵磁電源(控制器)組成。直流勵磁電源功率小,一般由單相半波或全波晶閘管整流器組成。通過改變晶閘管導通角可以改變勵磁電流的大小。

電磁調速電機特點:

(1)平滑無級調速;

(2)速度損失大,效率低。

(3)電網的非諧效應;

(4)裝置結構和控制電路簡單、可靠、易于維護;

該方法适用于中、小功率、要求平滑、短期低速運行的生産機械。

電動機的控制與變頻調速原理(電動機的調速除了變極調速)2

(三)定子調壓調速方法

當電機定子電壓改變時,可以得到不同的轉速。由于電動機的轉矩與電壓的平方成正比,最大轉矩下降很大,其轉速範圍很小,這使得一般的籠型電動機難以應用。采用轉子電阻值較大的籠型電動機,如調壓調速專用的力矩電動機,或在繞線電動機上串接頻敏電阻器。為了擴大穩定運行範圍,在調速大于2:1時應采用反饋控制,以達到自動調速的目的。

調壓調速的主要裝置是提供電壓變化的電源。目前常用的調壓方法有串聯飽和電抗器、自耦變壓器和晶閘管調壓。最佳的電壓調節方式是晶閘管。

調壓調速特點:

(1)調壓調速電路簡單,易于實現自動控制;

(2)調壓過程中,轉子電阻以加熱形式消耗傳遞差動功率,效率低。

調壓調速一般适用于100kW以下的生産機械。

電動機的控制與變頻調速原理(電動機的調速除了變極調速)3

(四)繞線電機轉子串電阻調速方法

繞線式異步電動機轉子串接附加電阻,使電動機的轉差率增大,電動機低速運行。串聯電阻越高,電機轉速越低。該裝置簡單,控制方便,但滑差功率以加熱形式消耗在電阻上。它是一種具有軟機械特性的步進調速。

(五)串級調速法

串級調速是指在繞線電動機的轉子回路中加入可調的附加電動勢,改變電動機的轉差率,達到調速的目的。串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速和晶閘管串級調速。

一般多采用晶閘管串級調速,其特點如下:

(1)裝置的容量與轉速範圍成正比,節省了投資。适用于70%-90%額定轉速範圍内的生産機械;

(2)晶閘管串級調速功率因數低,諧波影響大。

該方法适用于風機、水泵、軋機、礦井提升機和擠出機。

(3)調速過程中的滑損能高效地反饋到電網或生産機械;

(4)調速裝置故障時,可切換至全速運行,避免停機;

(六)頻率控制方法

變頻調速是改變電動機定子電源頻率f,從而改變其同步轉速的一種方法。變頻調速系統的主要設備是提供變頻電源的變頻器。變頻器可分為交-直-交變頻器和交-交變頻器。目前,交-直-交變頻器在我國得到了廣泛的應用。

其特點是:

(1)應用範圍廣,可用于籠型異步電動機;

(2)技術複雜,成本高,維護困難。

該方法适用于精度高、調速性能好的場合。

(3)效率高,調速過程無附加損耗;

(4)速度範圍大,特性硬,精度高;

電動機的控制與變頻調速原理(電動機的調速除了變極調速)4

(七)變極對數調速法

這種調速方法是改變定子繞組的連接方式,改變籠型電動機的極對P,達到調速的目的。其特點如下:

(1)無滑損,效率高;

(2)有分步調速,相差較大,無法實現平穩調速;

(3)力學性能硬,穩定性好;

(4)可與調壓調速、電磁滑動離合器配合使用,使調速平穩高效

本方法适用于金屬切削機、電梯、起重設備、風機、水泵等無無級調速的生産機械。

(5)接線簡單,控制方便,價格低廉。

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